Основы изготовления печатных плат часть 2: как создать спецификацию (BOM)
В статье «Основы изготовления печатных плат часть 1» мы узнали о процессе формирования файлов Gerber и NC Drill в одной из популярных систем автоматизированного проектирования (САПР). Затем эти файлы отправляются изготовителю печатных плат для производства пустой печатной платы. Теперь пришло время второй части путешествия по производству печатных плат, в котором мы коснемся монтажа электронных компонентов. Электронные компоненты обеспечивают функциональность печатной платы, именно для их установки и были затрачены долгие часы на проектирование печатных плат. Но с чего начать этот процесс?
Скорее всего, для сборки необходимо будет заказать десятки различных компонентов. Существует множество мест, где их можно приобрести. Чтобы упорядочить и детали, и сведения о них, необходимо подготовить спецификацию (BOM – Bill of Materials) при помощи САПР. Давайте узнаем, как это сделать.
Что такое спецификация?
Если вы впервые приступаете к изготовлению печатной платы, то слово «спецификация» может показаться вам немного странным. Вы можете рассматривать ее как своего рода список необходимых компонентов, которые нужно купить для производства вашей электронной конструкции. В нем содержатся все необходимые ингредиенты (детали), которые пойдут на изготовление завершенной конструкции печатной платы, но вместо обычного списка покупок, каждый пункт которого состоит из одного слова, каждый элемент спецификации содержит массу информации, упрощающей идентификацию, поиск у продавца и саму покупку.
Вы любите таблицы? Тогда вам понравится создавать спецификации!
Спецификации используются повсеместно, а не только применительно к печатным платам. Если вы работаете в любой инженерной области, в которой имеет место производство физического продукта, то вы будете использовать спецификацию. Мы знаем, о чем вы сейчас подумали: «Мне точно нужно сделать спецификацию? Может быть, я могу сымпровизировать и начать заказывать детали в Интернете из перечня, который держу у себя голове?»
Если у вас простая конструкция, детали которой можно пересчитать по пальцам, то можно поступить и так. Но в дальнейшем, в вашем путешествии в мир конструирования электроники вы совсем скоро столкнетесь со сложными конструкциями, состоящими из десятков и даже сотен деталей. Пытаться удержать номер каждой детали в голове или записанным на клочке бумаги совсем скоро станет невозможным. Поэтому даже профессионально спроектированная печатная плата не может стать готовым изделием без подробной и точной спецификации.
Правда заключается в том, что если вы хотите развивать свои навыки проектирования печатных плат, то вам просто необходимо научиться создавать и управлять спецификациями. И, в конце концов, если вы потратите время на составление полного перечня деталей, то это значительно упростит вашу жизнь, ведь тогда вы будете точно знать, какие детали нужно заказывать для вашей конструкции и сейчас, и в будущем.
Итак, какую информацию необходимо вносить в вашу спецификацию?
Позиционное обозначение
Позиционное обозначение выступает в качестве уникального идентификатора электронного компонента на печатной плате. Например, резисторы имеют обозначение R1, R2 и т. д., интегральные микросхемы – U1, U2, и т. д…, разъемы на плате - X1, X2... Добавление этих сведений в спецификацию позволит вам легко сопоставлять информацию в таблице спецификации и проект печатной платы.
Номинал элемента
Это уникальное значение связанной с конкретным элементом физической величины. Например, у резисторов номиналом является их сопротивление, у конденсаторов – значение емкости и так далее. Предварительная систематизация этой информации позволит легко найти нужный номинал для конкретной детали.
Номер по каталогу изготовителя
Этот каталожный номер является уникальным идентификатором, которым продавец снабжает каждую радиодеталь. Его одного достаточно для того, чтобы изготовитель печатных плат мог заказать необходимую деталь, поэтому чрезвычайно важно следить за тем, чтобы эти номера были точными и актуальными.
Результат поиска на сайте продавца деталей обычно содержит номер по каталогу производителя и номер по каталогу продавца, как это показано выше для резистора
Количество
Довольно очевидно, что количество будет обозначать, сколько каких компонентов необходимо заказать. Имейте в виду, что некоторые радиодетали могут быть заказаны у продавца только оптом, так что у вас могут оставаться лишние детали. Также существуют скидки в зависимости от объема заказа, которые помогают сэкономить деньги.
Описание
Каждую деталь необходимо снабдить собственным уникальным описанием. Если точно знать, какой резистор, светодиод, конденсатор и т. п. вы ищете в базе каталоге товаров продавца, то это поможет сузить параметры поиска.
Наименование изготовителя
Деталь, которая вам нужна, может быть получена из различных источников. Поэтому рекомендуется включать в спецификацию наименование производителя, а также подтверждение доступности данного компонента. Если деталь в данный момент недоступна, ее можно будет приобрести у других производителей.
Тип корпуса
Компоненты для поверхностного монтажа (SMD) имеют особые корпуса, которые позволяют автоматизировать и повысить эффективность процесса производства. Работая с той или иной системой проектирования, вы уже могли столкнуться с различными типами корпусов. Вам знакомы обозначения SIP, QIP или SOP? Обязательно указывайте тип корпуса при добавлении SMD-компонентов в вашу спецификацию.
Способ монтажа
Способ монтажа подскажет вам или изготовителю печатных плат то, как деталь будет установлена на плату. Вы работаете с деталями, устанавливаемыми в отверстие? Или, может быть, используете и детали, устанавливаемые в отверстия, и детали для поверхностного монтажа? Здесь нужно быть точными: от правильности указания способа монтажа детали зависит судьба вашего проекта.
Рядом показаны деталь для установки в отверстия (PTH)
и деталь для поверхностного монтажа (SMD)
Верхний/нижний слой печатной платы
Тут все просто – следует уточнить, верхний или нижний слой печатной платы должен применяться для монтажа детали. В простых конструкциях все электронные компоненты могут монтироваться на верхнем слое. По мере уменьшения размеров печатной платы и усложнения конструкций, может потребоваться размещение компонентов как на верхнем, так и на нижнем слое печатной платы. Укажите это в спецификации.
Где приобрести детали
Уфф, просто масса информации! К счастью, если вы формируете спецификацию в современной системе автоматизированного проектирования (САПР), часть этих сведений будут заполнены для вас автоматически. Тем не менее, нельзя сказать, что вам не придется проделать кое-какую работу по заполнению остальной информации. На составление полной спецификации, которая содержит всю информацию, перечисленную выше, могут уйти часы, но оно того стоит.
Когда по каждому компоненту у вас будут необходимые сведения, вы захотите сопоставить их с актуальной информацией о деталях, имеющихся в наличии у продавца радиодеталей. Существует множество продавцов радиодеталей, мы предлагаем вам пятерку лучших, работа с которыми была наиболее успешной:
Какого продавца следует выбрать вам? Вы сами должны решить. В конце концов, все они, в основном, продают одни и те же детали, поэтому ваше решение зависит от личных предпочтений. Вам нравится простой поиск при помощи фильтров на сайте DigiKey? Или, быть может, вы разговаривали с вашим другом-инженером, и у него были прекрасные впечатления от работы с Farnell? Выбор остается за вами.
Тем не менее, мы определенно рекомендуем всегда стараться приобретать детали у одного продавца. Почему? Думайте об этом как о покупках на Amazon. При заказе всех товаров в одном месте, вы можете одновременно отслеживать все свои заказы, и у вас больше шансов получить все заказанные детали одновременно и по более низкой цене.
Рецепты успеха
Перед тем, как мы углубимся в процесс создания спецификации при помощи САПР, мы хотим дать три совета, усвоенные нами в нашем инженерном путешествии:
Будьте максимально подробными. Экономия на подробных сведениях в спецификации ничего не даст. Этот документ сам по себе должен точно сообщать о том, из каких деталей состоит ваша конструкция так, чтобы посторонний читатель смог сложить все неизвестные вместе для лучшего понимания ваших намерений;
Будьте в курсе доступности необходимых компонентов. Нет ничего хуже, чем указать каталожный номер детали в спецификации, которая раньше была доступна, и вы это знали, но больше не производится. Во избежание этого обязательно проверяйте доступность деталей с указанными вами каталожными номерами. В противном случае вам может понадобиться переделать конструкцию так, чтобы заменить устаревшую или недоступную деталь;
Отслеживайте изменения. Даже если вы или изготовитель печатной платы, выполняющий контрактную сборку печатной платы – единственные, кто будут пользоваться спецификацией, мы всегда рекомендуем вам отслеживать каждое внесенное вами изменение. Доступность детали может измениться в мгновение ока, а детали, которые были вам нужны еще вчера, сегодня могут измениться. Создавайте файлы спецификации, используя такое соглашение о названиях файлов, которое включает дату, чтобы вы могли знать, какой файл является наиболее точным и актуальным.
Вот и вся справочная информация, которую следует включать в спецификацию. Давайте перейдем к какой-либо САПР и выясним, как создать спецификацию в ней. Мы расскажем вам о двух способах: первый – это формирование спецификации при помощи программ на языке пользователя (User Language Programs - ULPs). Второй способ, который является также и более новым - это воспользоваться преимуществом функции Make (Создать) САПР.
Создание спецификации с помощью программы на языке пользователя
Некоторые САПР поставляются со встроенными программами на языке пользователя, которые добавляют функциональность инструменту проектирования. Одной из таких программ является инструмент для формирования спецификации, который позволяет автоматически формировать спецификацию на основе деталей, размещенных на проекте печатной платы. Вот как это можно сделать:
1. Откройте файл схемы (.sch) на Control Panel (Панели управления) САПР;
2. Далее, в верхней части окна выберите инструмент ULP, после чего выберите файл bom.ulp из списка доступных ULP -программ.
После того, как выбран инструмент ULP САПР файл bom.ulp должен отображаться в верхней части списка.
3. На экране должно отобразиться диалоговое окно Bill of Material (Спецификация). Здесь вы можете увидеть все детали, размещенные вами на схеме, и связанные с ними сведения. Теперь вам необходимо выбрать Output format (Формат вывода), а затем нажать кнопку Save… (Сохранить…).
Созданная САПР спецификация после запуска файла bom.ulp для проекта светодиодной мигалки
Вы только что создали основу вашей первой спецификации. Превосходная работа! Ключевое слово здесь «основа». Теперь вам нужно взять только что созданный файл и внести в него все дополнительные сведения согласно перечню, который мы привели в статье выше. Не торопитесь и сосредоточьтесь на деталях, точность здесь очень важна.
Создание спецификации с помощью функции Make
В новой версии современных САПР появилась функция Make (Создать), которая позволяет легко сосредоточить всю документацию, касающуюся производства, в одном месте. При использовании данной функции все проектные файлы загружаются в Circuits.io, что позволяет получить доступ к файлам Gerber, PDF и спецификаций с помощью интернет-браузера. Вот как можно загрузить ваши проектные файлы в Circuits.io и скачать спецификацию:
1. Откройте файл проекта печатной платы (.brd) на Control Panel (Панели управления) САПР;
2. Нажмите кнопку Make (Создать) в верхней части окна, чтобы открыть диалоговое окно Export to Manufacturing (Экспорт в производство);
Диалоговое окно экспорта позволяет вам загружать и файлы схемы, и файлы проекта печатной платы в Circuits.io для безопасного и надежного хранения
1. Назовите ваш проект, затем установите галочки Upload (Загрузить) для файлов .brd и .sch, а также I agree with Terms of Service (Я согласен с условиями предоставления услуг). Когда будете готовы к загрузке файлов, нажмите кнопку Upload Design (Загрузить проект);
2. В процессе загрузки должно открыться окно браузера, в котором в окне Circuits.io будут отображаться все файлы вашего проекта. В правом верхнем углу окна нажмите на значок Bill of Materials (Спецификация);
3. В окне браузера должна отобразиться ваша спецификация. Чтобы скачать ее, просто нажмите на кнопку Download CSV (Скачать CSV).
Для скачивания спецификации нажмите кнопку Download CSV (Скачать CSV)
в окне Circuits.io
На этом всё. Мы рассмотрели еще один способ скачать основу спецификации при помощи функции Make (Создать) САПР!
Теперь начинается настоящая работа
Формирование файла спецификации в САПР – лишь начало вашего пути к полной спецификации вашего проекта. Сейчас вам необходимо открыть полученную таблицу в предпочитаемом вами редакторе и приступить к работе. Мы рекомендуем вам сначала отформатировать вашу спецификацию, добавив колонки для необходимых сведений, которые вам нужно собрать вместе согласно приведенному в начале статьи перечню. Далее вам нужно перейти на сайт выбранного вами продавца электронных компонентов и начать выбор подходящих резисторов, конденсаторов, интегральных микросхем и прочих радиодеталей! Используя доступные наименования деталей, номиналы и устройства, добавленные в основу спецификации при помощи САПР, вам будет гораздо проще находить нужные вам детали.
Однако помните – речь идет не только о поиске деталей, соответствующих указанным в вашей спецификации. Вам также нужно узнать, будут ли доступны детали в тот момент, когда они вам понадобятся, а также понимать, укладывается ли их цена в ваш бюджет. Потратьте это время с умом, создавая отличную, безошибочную спецификацию. Такая спецификация будет являться фундаментом успешного процесса сборки и определит успех всего проекта.